As peças foram produzidas utilizando duas composições distintas, a formulação reportada por SANTOS et al, 2001 (denominada composição A) e a formulação B reportada por CAMARGO et al, 1993 (denominada composição B), ambas obtidas mediante a mistura das matérias-primas, de acordo com as relações, em peso, contidas na Tabela 5.
Estas composições foram propostas tendo por base o tipo de sinterização que cada composição acarreta durante os processos térmicos, sendo que a composição A levou a uma sinterização em fase líquida e a composição B levou a uma sinterização em estado sólido.
Tabela 5 – Composição dos pós (percentuais em peso).
Composição Al2O3 (wt %) MgO (wt %) SiO2 (wt %)
A 96,1 0,9 3,0
B 99,1 0,9 -
As matérias-primas, após serem pesadas em balança de precisão digital, marca MARCONI mod. AS 5500C, de acordo com as proporções estabelecidas na Tabela 5, foram colocadas em pote Nalgene® de 1 L com esferas de alumina, cerca de 50 unidades com, aproximadamente, 10 mm de diâmetro, e homogeneizadas em moinho de rolos, marca U. S. STONEWARE, em meio aquoso, por 24 horas, de forma que a mistura ocupasse no máximo de 50% do volume total do frasco. O método utilizado foi o convencional de misturas de óxidos.
Foram adicionados 3,0 % de álcool polivinílico (ligante), do fabricante VWM CIENTÍFICA LTDA, cujo objetivo foi proporcionar uma maior resistência mecânica ao compacto verde, e algumas gotas de antiespumante, Resifoam L900 – DMF Indústria Química LTDA, a fim de reduzir a grande quantidade de espuma produzida oriunda da utilização da água como meio de mistura.
Após homogeneização, as misturas foram colocadas em bandejas Pirex®, para serem levadas para a etapa de secagem. A secagem das composições A e B ocorreu em duas etapas distintas conforme Tabela 6.
Tabela 6 – Metodologia de secagem das composições A e B.
Etapa Metodologia Justificativa
Secagem 1
Em placa aquecedora, marca CORNING PC-101, à temperatura de 70 ºC, por cerca de 2 horas, e com agitação contínua.
O objetivo foi manter a homogeneidade da mistura, além de evitar a sedimentação das partículas mais pesadas.
Secagem 2
Em estufa, marca FANEM, mod. 320-SE, à temperatura de 70 ºC, por 24 horas.
O objetivo foi eliminar o restante da água que ainda permaneceu da primeira etapa de secagem.
Posteriormente, os pós foram desaglomerados em grau de ágata e pistilo e, em seguida, foram peneirados em sistema de peneiras, marca GRANUTEST mod. TYLER composto pelas peneiras de 30 MESH e 60 MESH, além do aparador.
As composições A e B, oriundas da mistura das matérias-primas, foram caracterizadas quanto à densidade, tamanho e distribuição do tamanho de partículas, fases presentes e área superficial, descritas abaixo. Para isto, as amostras das composições A e B, foram preparadas, extraindo-se os aditivos (ligante) em forno, marca LINBERG, à 400 ºC, por 2 horas. Após, as amostras foram peneiradas em sistema de peneiras, marca GRANUTEST mod. TYLER composto pelas peneiras de 30 MESH e 60 MESH, além do aparador. Isso é necessário, pois, os aditivos interferem no resultado verdadeiro de análises como área superficial e tamanho e distribuição do tamanho de partículas, por exemplo.
1) Densidade (Picnômetro ACCUPYC 1330 MICROMERITICS)
Técnica descrita anteriormente.
2) Tamanho e distribuição do tamanho de partículas (Granulômetro a LASER mod. 1064 L/D, marca CILAS).
As análises de tamanho e distribuição de tamanho de partículas dos pós de partida foram feitas em granulômetro a Laser, especificado anteriormente, onde as diferentes composições foram dispersas em água destilada com adição de 0,5 g de pirofosfato de sódio (Na4P2O7.10 H2O) para manter o pH alto e assim obter uma
melhor dispersão, sendo que a contagem é efetuada via microcomputador acoplado com interface serial e os resultados são expressos em curvas de distribuição granulométrica das partículas.
Este equipamento baseia-se no princípio de difração da luz por uma partícula, com isso, pode-se determinar o tamanho das mesmas, bem como, das freqüências com que elas ocorrem numa determinada classe ou faixa de tamanho.
3) Fases cristalinas presentes identificadas por difração de raios-X (Difratômetro X’PERT-PRO, marca PANALITYCAL – com radiação da linha Kα do
cobalto – Co Kα → λ = 1,7903 Ǻ, 40 kV, 45 mA, com varredura 2θ de 20º a 100º, passo
mínimo de 2 θ de 0,001).
Na caracterização dos pós resultantes por difração de raios-X empregou- se a técnica do pó. Nesta técnica o pó foi colocado e compactado num porta-amostra e exposto a um feixe de raios-X monocromático segundo um ângulo θ, sendo que o feixe difratado, pelos átomos da estrutura cristalina devem satisfazer a Lei de Bragg, Equação 3.
Em geral, os equipamentos utilizados para a difração de raios-X possuem um limite de detecção e para esta dissertação este limite foi de 1% de acordo com o fabricante do aparelho.
A identificação qualitativa dos pós resultantes se dá mediante a comparação dos dados obtidos relativos à posição e intensidade dos picos de difração das amostras com o conjunto de dados de padrões fornecidos pelo Joint Committee
on Powder Diffraction Standards (JCPDS), International Center for Difraction Data (ICDD), cuja a base de dados data de 2004.
4) Área superficial (Analizador de área superficial mod. NOVA 1200, marca QUANTACHROME INSTRUMENTS)
Na caracterização da área superficial, foi utilizada a técnica de adsorção de gases (B.E.T.). A técnica se baseia na determinação do volume de gás nitrogênio adsorvido pela amostra, a diversas pressões na temperatura do nitrogênio líquido (- 198 ºC) com o auxilio da Equação 6 que permite, a partir de algumas experiências, determinar o volume de nitrogênio necessário para formar uma camada monomolecular sobre as partículas.
1 = 1 + (C – 1) * P (6) X [(P0/P) - 1] Xm*C Xm*C P0
Onde:
P – Pressão parcial de gás adsorvido;
P0 – Pressão de vapor de equilíbrio de saturação do adsorvido à temperatura do
banho de resfriamento;
X – Peso do adsorvido a uma pressão relativa P/ P0 dada;
Xm – Peso do adsorvido requerido para cobrir a superfície com uma capa molecular; e
C – Constante função da energia de interação adsorvido-adsorvente.
Para a realização do ensaio, os tubos utilizados para o ensaio foram preparados sendo limpos com álcool isopropilico P.A. e levados à estufa por aproximadamente 15 minutos, em seguida, a amostra foi seca à uma temperatura de 70 ºC, por 2 horas. O tubo contendo a amostra foi conectado ao equipamento e imerso em nitrogênio líquido. Os dados foram adquiridos por um software QUANTACHROME INSTRUMENTS NOVAWin2 – Data Acquisition and Reduction VERSION 9.0 da NOVA INSTRUMENT, QUANTACHROME INSTRUMENTS.